年产9000吨的味精厂发酵车间的设计说明书

1、 浙a工孝人w发酵工厂设计说明书题目： 年产9000吨的味精厂发酵车间的设计学 院 牛物工程学院班 级 牛工1402设计者周靖阳指导教师汪钊胡忠策魏春2017年12月29日目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 引言 4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 味精生产工艺 5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 味精生产工艺概述 5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 原料预处理及

2、淀粉水解糖制备 7 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 原料的预处理 7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 淀粉水解糖制备 7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 种子扩大培养及谷氨酸发酵 7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 谷氨酸的提取 8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 谷氨酸制取味精及味精成品加工 8 HYPERLINK l bookmark

3、30 o Current Document 物料衡算 9 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 生产过程的总物料衡算 9 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 生产能力 9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 计算指标（以淀粉质为原料） 9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 物料衡算 10 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 总物料衡算结果 12 HYPERL

4、INK l bookmark42 o Current Document 制糖工序的物料衡算 12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 配料、连续灭菌和发酵工序的物料衡算 14 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 热量衡算 18液化工序热量衡算 18液化加热用蒸汽量 18 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 液化液冷却用水量 19 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 糖化工序热平衡说明 20 HYPERLI

5、NK l bookmark55 o Current Document 连续灭菌和发酵工序热量衡算 20 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 培养液连续灭菌用蒸汽量 20 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 培养液冷却用水量 21 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 发酵罐空罐灭菌蒸汽用量 21 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 发酵过程产生的热量及冷却用水量 23 HYPERLINK l bookmar

6、k65 o Current Document 水平衡 24 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 糖化工序用水量 24 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 发酵配料及培养基灭菌后冷却水用量 24 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 发酵过程冷却用水量 24 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 设备选型 25 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 种子罐 25 H

7、YPERLINK l bookmark77 o Current Document 二级种子罐 25 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 一级种子罐 26 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 发酵罐 26 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 环境保护与安全生产： 33引言我国味精生产自 20 世纪 80 年代开始进入高速发展阶段，并成为世界味精生产大国， 2010 年我国味精产量达256 万吨， 20022010 年的年均复合增长率达11.1%。随着我国

8、味精产量的不断增加，行业生产技术水平也得到了提高。20 世纪90 年代初，我国味精生产企业约130 家，年产量仅 22.3 万吨。历经20072008 年的整合，味精企业约30%40% 的产能退出市场。2009 年， 国家进一步出台政策限制产能10 万吨以下的味精企业发展，味精生产企业的总数减少到目前的 35家左右。味精化学名称为L谷氨酸钠(C5H8O4NNa H2O),又称谷氨酸钠、麸酸钠、味素等。它是增强食品风味的增味剂，主要呈现鲜味，也称鲜味剂，是一种高级调味品，既能改善烹调风味，又能促进食欲和帮助消化。谷氨酸提取的方法有等电点法、离子交换法、金属盐法、 盐酸水解等电点法、 离子交换膜电

9、 渗析法等。谷氨酸发展主要原料有淀粉、糖蜜、醋酸、乙醇等。国内厂家现多以淀粉为原料生产谷氨酸，少数厂家以糖蜜为原料生产谷氨酸，然后转化生产成味精。1987 年 3 月， 联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂。 早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从 1956 年日本协和发酵公司用发酵法生产以后， 发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、 产品产量最大的产业。 该生产工艺和设备具有很强的典型性，本文对味精发酵生产工艺及主要设备作简

10、要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。设计内容为，了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程， 根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算、水衡算、种子罐和发酵罐的选型以及环境保护与安全生产。由于我的水平有限，加之对先进设计的了解甚少，设计中有好多不足的地方敬请各位老师和同学批评指正。味精生产工艺味精生产工艺概述味精生产全过程可划分为四个工艺阶段:(1)原料的预处理及淀粉水解糖的制备;(2)种子扩大培养及谷氨酸发酵;(3)谷氨酸的提取;(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖

11、化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。味精发酵法生产的总工艺流程见图 1 。空气种子加压脱色液除水精量棍花过虎IF二级种子I糖化池H：SO4或 HC1高交法回收谷氨酸*_ir_母液I KKD舌件炭废疾樵化液滤为蒸发玷晶配料_t_浮续灭菌*发酵贮晶分离I-；肖泡加液氨或尿素U分离脱包.过痣酒图1味精生产总工艺流程图&湿味精干燥蒸汽结晶咛精原料预处理及淀粉水解糖制备

12、原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备除盘磨机外， 还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。淀粉水解糖制备在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。目前，国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺

13、。种子扩大培养及谷氨酸发酵种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设置有种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。谷氨酸发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的工艺除采用连消塔维持罐一喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器维持管真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液粘度较大，流动性差，容易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高，因而应用较少。发酵设备，国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200

14、m3之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内参数变化，因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空气，经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵罐使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低，还可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备。谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等电点离子交换法，国内有些味精厂还采用等电点锌盐法、盐酸水解等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。但存在废水污染大，

15、生产成本高，技术难度大等问题，应用上受到限制。谷氨酸制取味精及味精成品加工精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠， 即味精。 粗品经提纯、加工、包装，得到成品。味精中和液的脱色过程，除使用碳柱外，还可使用离子交换柱，利用离子交换树脂的吸附色素。味精的干燥过程，国内许多厂家还采用箱式烘房干燥，设备简单，投资低，但操作条件差，生产效率低，不适应大规模生产的要求。也有的厂家使用气流干燥技术，生产量大，干燥速度快，干燥时间短，但干燥过程对味精光泽和外形有影响，同 时厂房建筑要求较高，这样均不如振动式干燥床应用效果好。2物料衡算生产过程的总物料衡算生产能力以年产商品味精（99%） 9000t为例，折算为1

16、00%味精为8910t/a 日产商品味精（99%）: 9000/330=27.3 （t/d）,折算为100%味精为27t/d。计算指标（以淀粉质为原料）参考味精工业手册，选用主要指标如表1。表1计算指标指标名称指标数淀粉糖转化率98.5%发酵产酸率（浓度）11%发酵对糖转化率60%培养发酵耗糖为发酵耗糖的1.5%谷氨酸提取收率96%精制收率95%商品淀粉中淀粉含量86%发酵周期（含辅助时间）40h330d全年工作日物料衡算首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。(1)1000kg纯淀粉理论上产 100%MSG量1000 1. 11 81. 7% 1.27211

17、53. 5kg式中81.7% 谷氨酸对糖的理论转化率纯味精相对分子质量1.272 纯谷氨酸相对分子质量1871471.272(2)1000kg纯淀粉实际产 100%MSG量1000 1. 11 98.5% 60% (100% 1. 5%) 96%95% 1.272749.6kg(3) 1000kg商品淀粉(含量 86%的玉米淀粉)产 100%MSG 量(4)淀粉单耗749.6 86%644.7 1t100%MSG消耗纯淀粉量1000,1. 3341 t749. 6 1t100%MSG实耗商品淀粉量10001.551t t644. 7 1t100%MSG理论上消耗纯淀粉量10000. 8669

18、t t1153. 5 1t100%MSG理论上消耗商品淀粉量0. 8669/ 1.0081 t86%(5)总收率可按以下两种方法计算:g实际产量j理论产量(kg)749.6-_100%98.5%2)(kg)60% 98.5%81.7%1153.596% 95%100%100%64.98%64.98%(6)淀粉利用率1.008100%1.551165%(7)生产过程中总损失100%- 65% 35%物料在生产过程中损失的原因:糖化转化率稍低。发酵过程中部分糖消耗用于长菌体及呼吸代谢;残糖高；灭菌损失；产生其他产物。 取收率低，母液中 Glu含量高。精制加工过程消耗及产生焦谷氨酸钠等。(8)原料及

19、中间品计算商品淀粉或淀粉乳用量：日产100%味精27t,单耗商品淀粉1.511t,日耗商品淀粉量:271. 551141.88t d相当日耗100%淀粉：4. 88 86%36.02t.d如使用15.2 Be含淀粉30.113g/dL的淀粉乳，日耗量为:36. 02 / 30%120. 07m3 d糖化液量：日产纯糖量:41. 8886% 1.1198. 5%39. 38t d折算为30%或34g/dL的糖夜:39.3839.38t131.27t;30%34 g dL16m32 m3发酵液量：发酵液中纯谷氨酸量:39.38 60% 100% 1.5%23.3t d折算为含谷氨酸11g/dL的发

20、酵液量:23. 311 g dL12 m3 d121.0727t /d (1.07为发酵液相对密度)提取谷氨酸量：产纯谷氨酸：23.396%22.4t /d折算为90%湿谷氨酸量：22. 4 90%24. 9t d2.1.4总物料衡算结果总物料衡算结果汇总见表2表2总物料衡算结果原料规格生产 1t100%MSG日(耗)产量/(t/d)玉米淀粉/t86%1.551141.88糖液/t30%4.862131.27谷氨酸/t90%0.919724.9ft/t100%1.0272.2制糖工序的物料衡算(1)淀粉浆量及加水量淀粉加水比例为1:1.8,1000kg工业淀粉产淀粉浆 1000 X ( 1+1

21、.8) =2800kg;加水量为 1800kg.(2)粉浆干物质浓度100086%2800100%30. 7%(3)液化酶量 使用耐高温a淀粉酶(液体，20000U/mL ),加酶量10U/g干淀粉。1000kg干淀粉加酶量:100010001020000500mL 0. 5L0.5L液化酶质量约0.6kg(4)CaCl2量 一般加量为干淀粉的 0.15%,即1000kg干淀粉加CaCl2：1000 0. 15%1. 5kg(5)糖化酶量 一般加糖化酶量为120U/g干淀粉，如液体糖化酶为100000U/mL ,则每1000kg干淀粉加糖化酶量:100010001201000001200mL

22、1. 2L1.2L糖化酶质量约为1.5kg(6)糖液产量100086% 1. 1198. 5%, 3134kg30%30%的糖液相对密度 1.132L,相当于1.1321 X30%=34g/dL3134/ 1. 1321 2768L(7)过滤糖渣量 湿渣(含水70%) 10kg,折干谓量：10 (170%)3kg(8)生产过程进入的蒸汽冷凝水及洗水量3134 10 3.62800340.4kg(9)衡算结果(年产9000t味精)根据总物料衡算，按日投入商品淀粉41.88t,物料衡算汇总见表3表3制糖车间物料衡算汇总表进入系统离开系统物料比例/kg日投料量/t项目物料比例/kg日产料量/t商品淀

23、粉100041.8830%糖液3134131.27配料水180075.39滤渣100.41液化酶0.60.025CaCl21.50.063糖化酶1.50.063蒸汽冷凝水340.414.26及洗水量累计3144131.683144131.692.3配料、连续灭菌和发酵工序的物料衡算（1）发酵培养基和用糖量1000kg商品淀粉，可产100%糖量：1000 86% 1.11 98.5%940kg其中初始发酵定容用糖占53%,即940 X 53%=498kg （100%糖）；流加补料用糖占47%,即940X47%=442kg （100%糖）。初糖用30%的糖 液配料：4981660kg，即 9814

24、65L30%34g / dL初糖配13g/dL,初定V.498kg3831L,13g/dL糖液相又t密度1.05,13g / dL则3831 1.054023kg流加补糖用60g/dL浓糖浆(相对密度1.223),则442.737L7371.223901kg60g / dL(2)发酵配料 每吨商品淀粉产能100%糖940kg，发酵配料用各种营养物比例见表4表4发酵配料用各种营养物比例母浆(CSL)0.0028t208kg糖浆0.0035t3.5kgMgSO4 - 7H 2O0.0024t2.4kgKCl0.0055t5.5kgNa2HPO4 12H2O0.0071t7.1kg其他(生物素等)0

25、.0007t0.7kg总计0.022t22 kg(4)接种量 发酵初定容3831L,种量为10%,即383L。种子液相对密度1.02,则383 1. 02391kg在391kg种液中含有100%糖14kg(用30%糖液46.7kg)、玉米浆5.2kg、甘蔗糖蜜 3.4kg、K2HPO40.68kg、蒸汽及水 335.02kg(5)连续灭菌过程进入的蒸汽及补水量4023 1660 22 830 3911120kg(6)发酵过程中加入 99%液氨量1t商品淀粉产100%糖940kg，产100%谷氨酸：940 60% 98.5% 96% 533. 3kg式中96%谷氨酸提取收率一般发酵耗氨量为谷氨酸

26、量的0.30,即533. 3 0. 30160kg99%液氨在 35 c 相对密度为 0.5874,160、0.5874=272L(7)加消泡剂量一般1t谷氨酸加消泡剂5kg,则2.7kg533. 3 51000消泡剂相对密度为0.8,2.7/0.8=3.4L(8)发酵生化反应过程所产生的水分为1t商品淀粉在发酵液中所产生的100%谷氨酸量：940 60% 98.5%555.5kg生成1mol谷氨酸产3molH20；生成1mol菌体产7molH2。根据发酵反应式，发酵产生的水分为:555. 518147204 kg长菌过程产生水分，1g菌体产酸11g,应产生水分为:555. 5717 43.

27、3kg11147以上合计产生水 247.3kg(9)发酵过程从排风带走的水分 进风25 C,相对湿度70%,水蒸气 分压 18mmHg (1mmHg=133.322Pa);排风 32 C,相对湿度 100%,水 蒸汽分压 27mmHg。进罐空气压力为 1.5大气压(表压)(1大气压 =1.01325 x 105Pa)，排风0.5大气压(表压)，出进空气的湿含量差：X出-X进_0. 62227 100%1.576027100%0. 6221870%2. 5 7601870%0. 0150. 0042kg水/kg干空气通风比1: 0.3,发酵7数量5000L ,带走谁分量:5000 0.360 3

28、2 1.1570.0010.011 37kg式中6060min32发酵时间，h1.157 32 c时干空气密度，kg/m 3（10）发酵过程化验取样、放罐残留及其他损失约 13kg（11）发酵终止时的数量1t商品淀粉，发酵终止时：119063713+ (种子)+-(损失)=1660901228301120391247.31602. 75403. 6kg（30%糖）+ （补浓糖）+ （营养物）+ （配料水）+ （灭菌水）（反应水）+ （液氨）+ （消泡剂）+ （空消蒸汽）-（尾气带水）（终止数量）式中119.6空消时耗用的蒸汽量发酵液相对密度 1.07, 5403.6/1.07=5050L ,每

29、日产发酵液 226.2t,即226.2/1.07=211.4m3/d（12）衡算结果汇总年产9000t味精，日头商品淀粉（86%） 41.88t,配料、连续灭菌和发酵工序的物料衡算汇总见表5表5配料、连续灭菌和发酵工序的物料衡算汇总表进入系统离开系统1t工业淀粉每天进入系1t工业淀粉每天离开系项目之匹配物料统的物料项目之匹配物料统的物料/kg/(t/d)/kg/(t/d)30%糖液166069.5发酵液5403.6226.260g/L浓糖90137.7尾气带水371.55浆玉米浆2.80.12损失130.54糖蜜3.50.15无机盐等15.70.66配料水83034.75火菌进入蒸112046

30、.89汽及补水种液39116.37反应水247.310.35液氨1606.70消泡剂2.70.11空消蒸汽119.65.01累计5453.6228.35453.6228.33热量衡算热量衡算是根究能量守衡定律而建立起来的。热平衡方程表示如下：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5式中Qi物料带入的热量，JQ2蒸汽热量，JQ3各种热效应，如发酵热、稀释热、溶解热等， JQ4物料带走热量，JQ5热损失，J液化工序热量衡算液化加热用蒸汽量(1)淀粉浆量(G)根据物料衡算，日投商品淀粉41.88t/d,配30.7%的淀粉浆:41.88 / 30. 7% 136.4 / d ,平均 136. 4 / 245. T

31、t / h(2)淀粉浆比热容(c)可按下式计算:X 100 - XCoc水100100式中c淀粉浆比热容kJ/(kg C )co淀粉质比热容，取 1.55kJ/(kg C)X 淀粉浆干物质含量，(30.7) %c水一一水的比热容，取 4.186kJ/(kg C)1. 5530. 71004. 18610030. 71003. 38kJ /( kg K)(3)蒸汽用量(D)G。T1)h1 - h2式中G 淀粉浆量，kg/hc淀粉浆比热容，kJ/(kg C )T1淀粉浆初温(20+273=293K )T2液化温度(110+273=383K )h1 加热蒸汽热燃，2748.5kJ/kg (0.4MP

32、a,表压)h2加热蒸汽凝2水热燃，在 383K时为461 kJ/kg71033. 38 (383293)D 758. 0kg / h0. 758t / h2748. 5461高峰量：0.758 1. 150. 872t h每日用蒸汽量： 0.758 2418. 20t d3.1.2液化液冷却用水量使用螺旋板换热器，物料由95c降为61Co使用循环水降温，进口温度为28C,出口温度52C,需冷却水量（W）：70. 7583. 38 9527361273W 7387 kg h 7.387t h52273282734. 186每日用冷却水量： 7. 387 24 177. 3td需补充新鲜水量：7.

33、387 3%0. 22t h糖化工序热平衡说明糖化液61c进入糖化罐，在 60 c下维持3236h,因糖化罐外保 温，绝热较好，糖化过程中不需补充热量，不消耗蒸汽。糖化终止时， 糖化液调pH至4.85.0,酶即失活，也可不加热灭菌，以节约蒸汽。连续灭菌和发酵工序热量衡算培养液连续灭菌用蒸汽量发酵罐公称容积150m3,装料系数0.8,每罐产MSG量:150 0.8 0. 11 0. 96 0.95 1.27215.3t年产味精 9000t,日产味精（100%） 27t,发酵生产周期 40h （发酵32h,辅助8h）,需发酵罐台数：274015. 31242. 94台，取3台每日投（放）罐次：3

34、24/401.8罐次日运转：3 32/ 40 2. 4台每罐发酵初始体积：150 55% 82.5m385m3糖浓度13g/dL,灭菌前含糖20g/dL,其数量:c13c 32085 一55. 25同密度 1.05t/m 3, 55. 25 1, 0558t灭菌加热过程中用0.4MPa蒸汽（表压），hi=2748.5kJ/kg ,使用螺旋板式换热器将物料由20 c预热至70 C;冷却水由20 c升至45 C每罐灭菌时间2h,物料流量：85 1. 05244. 6t/h灭菌用蒸汽量:44,61 033.71 202737 02732748.5 - 44.64.1863220.8kg/h式中3.7

35、糖液的比热容，kJ/ （kg C）每日用蒸汽量： 3.3 2 1.811.88t/d12t/d,平均用蒸汽量：12/240. 5t/h ,最大用汽量为 0.8t/h3.3.2培养液冷却用水量参照图10-7, 120 c热料通过与冷料热交换， 再用水冷却至 35 C；冷却水由30 c升至45 Cc 44.61033.77527335273W 45273302734. 186每日用水量：106 2 1. 8381.6t/d381.6/24 15.9t jh ；最大用水量为 27.6t/h 800mm时，取 =0.9;C壁厚附加量，取 C1=0.5mm常用钢板厚度为 5, 6, 8, 10, 12,

36、 14, 16, 18, 20, 22, 25,28, 30, 36, 40mm 0因此，壁厚S向常用壁厚递增到 8mm(8)接管设计接管的长度h设计根据表7表7接管长度h(单位：mm)公称直径Dg不保温接管长保温设备接管长适用公称压力/MPa 1580130402050100150 1670350150200 1670500 10以排料管为例计算该罐实装120m3,设0.5h内排空，则排料时接管直径的确定:的物料体积流量为:360施0八取发酵醪液流速v=1m/s；则排料管截面积为 A物乜01670. 067m20. 067罐径d0. 291m0. 785取无缝钢管300X 8,管内径d 内=28